浙大周民团队Adv. Funct. Mater.封面文章：通过光激活的组装纳米粒子以改善肿瘤部位的渗透并根除三重阴性乳腺癌的转移

【引言】                                                                                              

纳米药物的尺寸是其在肿瘤部位富集和渗透的关键因素：大颗粒纳米药物具较长血液循环半衰期，有利于通过EPR 效应在肿瘤部位富集；小颗粒纳米药物具有较强的扩散能力，有利于往肿瘤内部渗透获得更均匀的肿瘤分布。理想的纳米载药系统应该具有尺寸可变性，即以大颗粒形式获得肿瘤高富集后，再裂变成小颗粒以获得肿瘤内部的高渗透。

【成果简介】

近日，浙江大学周民教授、田梅教授、张宏教授和芬兰赫尔辛基大学Helder Santos教授（共同通讯作者）团队在Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）杂志在线发表了一篇题为“Light-activatable assembled nanoparticles to improve tumor penetration and eradicate metastasis in triple negative breast cancer”的文章，介绍了一种具有肿瘤高富集和渗透的纳米药物递送系统TSNCs，采用近红外激光照射乳腺癌小鼠，通过光热效应发挥抗肿瘤作用的同时使TSNCs分解为小颗粒药物，实现药物在肿瘤组织的深层渗透，显著提高肿瘤治疗效果。

【图文导读】

图1.TSNCs形貌和结构表征

(A) TSNCs电镜照片，标尺：50 nm（插图为局部放大高清照片，标尺：20 nm）；

(B) TSNCs粒径大小分布图；

(C) TSNCs和DOX紫外-可见-近红外光谱；

(D) 不同强度808 nm激光照射TSNCs温度变化曲线；

(E) 808 nm激光照射后TSNCs电镜照片；

(F) 808 nm激光照射后TSNCs粒径分布图。

图2.TSNCs对细胞的杀伤评价

(A-C) 不同浓度DOX 和TSNCs 孵育小鼠来源乳腺癌4T1 细胞24 小时 (A) 48 小时 (B) 和72 小时 (C) 后的细胞存活率曲线图；

(D) 激光照射TSNCs释放DOX对细胞DNA损伤相关标志物γH2AX的免疫荧光图；

(E) 细胞DNA损伤定量结果。

图3. DOX 和TSNCs 在4T1 3D 肿瘤细胞球内的穿透实验及不同处理因素对肿瘤细胞杀伤评价

(A) DOX 和TSNCs 在4T1 3D 肿瘤细胞球内的穿透。激光共聚焦显微镜Z 轴扫描DOX，

TSNCs联合或不联合近红外激光处理后的DOX荧光分布, 标尺为200 μm；

(B) Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs+laser和TSNCs+laser各组处理因素治疗后24小时4T1 肿瘤细胞存活率(*** P < 0.001)。

图4. DOX、CuSNDs和TSNCs 在4T1荷瘤小鼠体内代谢情况

(A) 小鼠来源乳腺癌4T1原位瘤裸鼠尾静脉注射TSNCs 后不同时间点的光声成像；

(B) 小鼠尾静脉注射TSNCs 和CuSNDs24 小时内的血液药代动力学曲线;

(C) 乳腺癌4T1原位瘤裸鼠尾静脉注射TSNCs24小时后生物分布柱状图;

(D) 乳腺癌4T1原位瘤裸鼠尾静脉注射DOX 或TSNCs 24 小时后小动物活体DOX 荧光成像图；

(E) 乳腺癌4T1 原位瘤裸鼠尾静脉注射DOX 或TSNCs 24 小时后肿瘤离体DOX 荧光成像图;

(F) 小动物活体DOX荧光定量图；

(G) 小动物离体DOX荧光定量图。

图5. DOX和TSNCs 在4T1荷瘤小鼠体内分布的荧光成像

(A) 小鼠来源乳腺癌4T1 原位瘤裸鼠尾静脉注射DOX 或TSNCs 24小时后主要器官离体DOX荧光成像图；

(B) 乳腺癌4T1原位瘤裸鼠尾静脉注射DOX， TSNCs 24小时后主要器官离体DOX 荧光冰冻切片图;

(C) 4T1原位瘤裸鼠尾静脉注射DOX 或TSNCs 24 小时后主要器官离体DOX 荧光定量图。

图6. DOX、TSNCs和TSNCs+laser 在4T1 原位肿瘤组织内血管附近和血管稀少区域的分布

(A) DOX、TSNCs和TSNCs+laser 在4T1 原位肿瘤组织内血管附近和血管稀少区域的分布。激光共聚焦显微镜扫描各组处理后肿瘤组织切片的蓝色荧光（细胞核）、红色荧光（血管标记物CD34）绿色荧光（DOX），标尺为50 μm；

(B) DOX、TSNCs和TSNCs+laser 在4T1 原位肿瘤组织内乏氧区域的分布。激光共聚焦显微镜扫描各组处理后肿瘤组织切片的蓝色荧光（细胞核）、红色荧光（乏氧细胞标记物HIF-1α）绿色荧光（DOX），标尺为50 μm。

图7. 4T1荷瘤小鼠光热治疗过程及肿瘤切片病理分析

(A) 4T1原位瘤小鼠尾静脉注射生理盐水、CuSNDs 和TSNCs 后24 小时给予808 nm 近红外激光治疗过程中随时间变化的红外热像图；

(B) 近红外激光治疗过程中各组肿瘤随时间变化的温度曲线图；

(C) Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser 和TSNCs + laser 各组处理因素治疗后4小时，4T1原位肿瘤组织切片的H&E、TUNEL、Ki-67和HSP70免疫组化染色，标尺= 50 μm。

图8. 4T1荷瘤小鼠光热治疗效果评价

(A) 小鼠来源乳腺癌4T1 原位瘤小鼠经过Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser 和TSNCs + laser 治疗后，肿瘤大小随时间变化的肿瘤生长曲线（* P < 0.05,*** P < 0.001）；

(B) 乳腺癌4T1原位瘤小鼠经过Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser 和TSNCs + laser 治疗后解剖所得肿瘤照片；

(C) 乳腺癌4T1 原位瘤小鼠经过Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser 和TSNCs + laser 治疗后解剖所得肿瘤重量（*** P < 0.001）。

图9. 4T1荷瘤小鼠光热治疗后肺转移情况及肝脏H&E染色

(A) 小鼠来源乳腺癌4T1 原位瘤小鼠经过Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser 和TSNCs + laser治疗后肺转移情况；

(B) 乳腺癌4T1 原位瘤小鼠经过Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser 和TSNCs + laser 治疗后肝脏H&E染色。

图10. 不同处理因素处理4T1细胞后残留干细胞成球情况

(A) 小鼠来源乳腺癌 4T1 细胞Control、Laser、CuSNDs、TSNCs、DOX、CuSNDs + laser和TSNCs + laser处理后残留干细胞成球情况；

(B) 各组肿瘤干细胞球数量定量结果（*** P < 0.001）。

图11. 不同处理因素对4T1荷瘤小鼠心脏毒性影响的评价

(A) 小鼠来源乳腺癌 4T1 细胞Control、DOX和TSNCs + laser治疗后心动超声图；

(B) 各组小鼠左心射血分数值；

(C) 各组小鼠左心收缩分数值；

(D) 各组小鼠心脏H&E染色结果（** P < 0.01）。

【小结】

TSNCs 多功能纳米载药系统具有良好的EPR 效应，可以被动靶向富集至肿瘤，在808 nm 近红外激光照射下，TSNCs 可以实现肿瘤内部血管稀少和乏氧区域的高渗透性。TSNCs 联合近红外激光照射所产生的光热-化疗协同作用可以显著的抑制肿瘤的生长和远处转移。TSNCs可以避免游离DOX 产生的心脏毒性，无明显系统性毒性产生。

 文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201801738 (Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201801738)

【通讯作者及团队简介】

周民教授：“国家青年千人计划”和浙江大学“百人计划”入选者，并担任教育部恶性肿瘤预警与干预重点实验室副主任。自2016年回国以来，周民研究员及其带领的研究团队充分利用我校学科门类齐全、学科结构层次丰富、交叉学科平台集聚等学科生态多样化的优势，主要围绕“分子影像和纳米医学”在癌症诊断及治疗中的应用这一国际研究热点，致力于新型纳米药物的研发，取得了一系列创新性并具有较高临床转化前景的重要研究成果，整个团队近年来已经发表了一系列高水平学术论文（Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1801738,  Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1704634,  ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 193,  J. Nucl. Med. 2016, 57, 1778），并获得浙江大学2017年度十大学术进展提名奖。

本文由材料人编辑部魏巧琳编译，点我加入材料人编辑部。

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